流路出口のスリップによる高分子融液自由表面の不安定現象とその抑制

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550157
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 水沼 博 東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (20117724)
• Keywords: スリップ / 溶融損傷 / 流れの不安定性 / 押し出し流れ / 粘弾性流体

Research Abstract

高分子融液の押し出し流れは高分子成形加工における基本的な流れである。この流れにおいて流速を高めていくと、押し出し物表面に周期的な粗さ模様が生じたり、押し出し物そのものが大きく波打つようにうねる不安定現象が生じる。この現象は溶融損傷とよばれ、押し出し加工の生産性を高める上で大きな障害となっている。本研究では、可視化観察と流速測定から流路出口壁面のスリップを直接捉え、そのスリップと自由表面に形成される周期的な粗さ模様とを直接関連付けることに成功した。流路は2次元的なスリットタイプの流路で詳細に実験を行ったが、引き続いて行った円形ダイの実験でもほぼ同様の結果が得られた。これらの結果により、懸案となっていたシャークスキンタイプの溶融損傷の原因がダイ出口のスリップにあることを示すことが出来た。また、円形ダイの場合、押し出し物の変形が大きいときにはダイ出口で周方向に不安定現象が移動し、この周方向の移動が大きな押し出し物の変形をもたらすこと、さらにダイ出口をわずかにテーパ状とすることによりシャークスキンの初生点がわずかに遅れ、シャークスキンが抑制されることなど新たな知見も得ることができた。

Research Products

• [Publications] Hiroshi Mizunuma, Hideyuki Takagi: "Cyclic generation of wall slip at the exit of plane Couette flow"Journal of Pheology. 47・3. 737-757 (2003)
• [Publications] Hiroshi Mizunuma, Kazuhiro Hasegawa: "Melt fracture and near wall instabilities at the capillary die exit."Proceeding of the XIVth International Congress on Pheology. 1-3 (2004)